JPH0658271B2 - クランク軸の速度変動測定を利用するエンジン制御用のオン−ライン・エンジン・トルクおよびトルク変動測定法、およびその利用装置 - Google Patents

クランク軸の速度変動測定を利用するエンジン制御用のオン−ライン・エンジン・トルクおよびトルク変動測定法、およびその利用装置

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JPH0658271B2
JPH0658271B2 JP60245255A JP24525585A JPH0658271B2 JP H0658271 B2 JPH0658271 B2 JP H0658271B2 JP 60245255 A JP60245255 A JP 60245255A JP 24525585 A JP24525585 A JP 24525585A JP H0658271 B2 JPH0658271 B2 JP H0658271B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、内燃機関に働く平均荷重トルク、気筒ごと
のトルク発生、および平均エンジン・トルクについて、
各気筒のトルク発生の変動の大きさ（相対燃焼効率の大
きさ）をオンライン測定する方法に関するものである。
またこの発明は、多気筒内燃機関のいろいろな気筒の性
能を監視する装置および方法にも関する。さらにこの発
明は、多気筒内燃機関の全性能ならびにエンジンのいろ
いろな気筒の個別性能を監視するだけではなく制御する
かかる装置および方法を利用するフィードバックシステ
ムに関するものである。
（従来の技術） トルク出力のオン・ライン情報は、エンジンの診断およ
び制御の両応用にとって非常に役に立つ。一貫して、例
えば与えられた気筒の低トルク出力は、点火栓または燃
料噴射器不良のような不良部品、または弁汚染のような
装置の作動不良の兆候であることがある。さらに、気筒
における発生トルクの値は個別でも一括でも、エンジン
の全効率を増加するのに使用できるが、この場合一括で
も気筒ごとに基づく個別でも、点火または噴射タイミン
グのような一定の制御セッティングを最適化する。
多気筒内燃機関のいろいろな気筒の性能、燃焼効率、圧
縮バランスなどを監視する方法および装置が知られてい
る。例えば、米国特許第4,292,670号、第4,277,830号、
第4,197,767号、第4,055,998号、第4,015,467号、およ
び第4,015,466号に開示された装置および方法がある。
多気筒内燃機関のいろいろな気筒の個別性能を決定する
のに異なる手法および装置が使用されている。これらの
異なる手法は、多気筒内燃機関の作動および制御の実行
可能性、異なる方法および原理を包含し、説明してい
る。
（発明が解決しようとする問題点） 内燃機関制御方法に対するトルクの値の適用性は広い。
例えば、火花点火内燃機関において、点火進角は主とし
て２個のパラメータ、すなわちエンジン速度とエンジン
負荷とに基づいて決定される。エンジン負荷の共通に使
用される尺度は吸気マニホルド圧である。
しかし、エンジン負荷は吸気マニホルド圧の程度に反映
されるに過ぎない。吸気マニホルド圧が代表的な制御戦
略に選ばれるのは、それを感知するセンサが利用できる
からであり、また吸気マニホルド圧に基づく点火進角制
御の多くの経験が積み重ねられている。しかし、吸気マ
ニホルド圧とエンジン負荷との間には完全な相関が存在
しない。例えば、吸気マニホルド圧は、負荷変化以外の
原因による変動を受ける。さらに、吸気マニホルド圧に
関連する信号を作る変換器はエンジンの状態から若干絶
縁されなければならず、それによって吸気マニホルド圧
力変換の応答時間が比較的遅くなる。
したがって、本発明の１つの目的は、現在使用されてい
る吸気マニホルド圧関連信号よりも正確にエンジン負荷
を表わす信号に応答する点火進角制御方法および点火進
角制御装置を提供することである。
本発明の１つの側面は、発生したエンジン・トルクの値
を決定する方法には、特定な気筒の発火時間中のクラン
ク軸の最低速度の位置および最高速度の位置と組み合わ
されるデータを利用する。発生した気筒トルクのこの値
は次に、火花点火エンジンの点火進角または圧縮点火エ
ンジンの燃料噴射タイミングといったような制御パラメ
ータ用の制御の基準レベルを用意するのに使用される。
特定の気筒のトルク変動または相対燃焼効率の値は、エ
ンジンの全気筒の平均トルク（または仕事）レベルに関
するその気筒によって発生されたトルク（または仕事）
の値になる。燃焼効率の気筒間変化量の知識は、エンジ
ン診断にもエンジン制御にも大いに役立つ。一貫して、
例えば与えられた気筒の低い燃焼効率は不良部品（例え
ば点火栓または燃料噴射器）の表示かもしれない。１つ
の周期にわたって測定された個別気筒の燃焼効率の出力
は、気筒の中に空気と燃料を一様に分布して空気／燃料
供給装置の効果を評価する手段として役立つことがあ
る。さらに、いろいろな気筒の相対燃焼効率の値は、例
えば各気筒における点火または噴射タイミングのような
制御セッティングを最適にすることによってエンジンの
全効率を増加するのに役立てることができる。
かくて、本発明のもう１つの側面では、連続した気筒の
最低速度の位置で収集されたデータは、平均エンジン・
トルクについて各気筒のトルク発生の変動の値（相対燃
焼効率の大きさ）を提供する。すなわち、連続した気筒
の最低速度の位置におけるこれらのデータは、多気筒内
燃機関にあるいろいろな気筒の相対燃焼効率を測定する
方法を提供する。平均エンジン・トルクについて各気筒
のトルク発生の変動のもう１つの大きさであるが、代わ
りに上死点（TDC）についてのクランク軸速度を用いる
ものは、1982年１２月２２日に出願され、かつ本発明と
同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第452,372号の主
題である。
（問題点を解決するための手段） 説明のための実施例においてこれらの両主目的を達成す
るために、電子回路はエンジンに取り付けられる１対の
磁気ピックアップおよび歯車と共に使用されて、クラン
ク軸の連続する既知角度回転の経過時間を測定しかつ燃
焼サイクルにおける各気筒の動力行程の上死点（TDC）
のような位置にこれらの時間を関係づける。このデータ
は、データを処理するとともに、各気筒のトルク発生の
値、全エンジン・トルク発生の値、および平均エンジン
・トルクについての各気筒のトルク発生の変動の値（相
対燃焼効率の値）を処理する汎用マイクロプロセッサの
入力である。
特に、本発明の装置には、エンジン・クランク軸の位置
を感知する装置が設けられる。クロックは時間軸を発生
させる。間隔タイマは、クロックの出力を位置感知装置
の出力に比較して、クランク軸速度関連信号を発生させ
る。クランク軸位置感知装置およびクロックを間隔タイ
マに結合する装置が設けられる。気筒の発火時間中の最
低クランク軸速度点および最高クランク軸速度点でクラ
ンク軸速度の値を得るために、間隔タイマをデータ・プ
ロセッサに結合する装置としてのデータ・プロセッサが
設けられる。
制御パラメータの基準レベルと、個別気筒の性能を最適
化するのに要するそれらのレベルの変動と、をいずれも
セットすることに関する本発明の側面により、多気筒圧
縮点火内燃機関の性能を制御する装置には、エンジン点
火火花発生および燃料分配装置と、点火火花発生および
燃料分配装置をエンジンのいろいろな気筒に結合する装
置と、エンジン・クランク軸位置を感知する装置と、時
間軸発生クロックとを含む。最低クランク軸速度の位置
および最高クランク軸速度の位置でクランク軸速度を計
算する装置、ならびにクロックおよびクランク軸位置セ
ンサをクランク軸速度計算器に結合する装置が提供され
ている。さらに、いろいろな気筒のトルクの値およびト
ルク変動の値（相対燃焼効率）を計算する装置が提供さ
れている。これらの計算装置はクロック、クランク軸位
置センサ、および上死点を感知する装置に結合されてい
る。受け入れられる誤差範囲内で、いろいろな気筒の性
能を最適化するために、いろいろな気筒の点火タイミン
グを計算する装置が提供されている。その計算装置は、
点火タイミング計算器に結合され、点火タイミング計算
器は点火火花発生および燃料分配装置に結合されてそれ
を制御する。
説明のための実施例による計算装置は、時間軸発生器お
よびクランク軸位置センサからの信号を利用して、気筒
の発火時間中に最低および最高クランク軸速度を中心と
する１組のデータ点を供給するデータ・プロセッサを含
む。
さらに、制御パラメータの基準レベルのセッティングお
よび多気筒圧縮点火内燃機関の個別気筒の性能を最適化
するのに要するそれらのレベルの変動のセッティングの
両方に関する本発明の側面により、説明のための実施例
はエンジン燃料分配装置と、燃料分配装置をいろいろな
気筒に結合する装置と、エンジンのクランク軸位置を感
知する装置と、時間軸を発生させるクロックとを含む。
この装置はさらに、最低および最高クランク軸速度の位
置でクランク軸速度を計算する装置と、クロックおよび
クランク軸位置センサをクランク軸速度計算器に結合す
る装置とを含む。さらに、いろいろな気筒のトルクの値
およびトルク変動の値（相対燃焼効率）を計算する装置
が提供されている。これらの計算装置はクロック、クラ
ンク軸位置センサ、および上死点を感知する装置に結合
されている。受け入れられる誤差の範囲内で、いろいろ
な気筒の性能を最適化するために、いろいろな気筒の燃
料分配パラメータを計算する装置が提供されている。計
算装置は燃料分配パラメータを計算する装置に結合さ
れ、燃料分配パラメータを計算する装置はエンジン燃料
分配装置に結合されてそれを制御する。
説明のための実施例では、燃料分配パラメータはそれぞ
れの各気筒に入るべき燃料の量である。
もう１つの説明のための実施例では、燃料分配パラメー
タは、燃料が気筒に入るそれぞれの気筒の作動サイクル
における時間である。
（作用） この発明は、上記の構成により、現在使用されている吸
気マニホルド圧関連信号よりも正確にエンジン負荷を表
わす信号に応答する点火火花発生制御方法および点火火
花発生制御装置が得られるようになる。
また、特定な気筒の発火時間中のクランク軸の最低速度
の位置および最高速度の位置と組み合わされるデータを
利用することによってエンジントルクの値を精度良く決
定することができるようになり、この値を利用して、火
花点火エンジンの点火進角または圧縮点エンジンの燃料
噴射タイミングといったような制御パラメータ用の制御
の基準レベルを用意するのに使用できるようになる。
特定の気筒のトルク変動または相対燃焼効率の値が、エ
ンジンの全気筒の平均トルク（または仕事）レベルに関
するその気筒によって発生されたトルク（または仕事）
の値として得ることができる。
これらの値より、１つの周期にわたって測定された個別
気筒の燃焼効率の出力が、気筒の中に空気と燃料を一様
に分布して空気／燃料供給装置の効果を評価する手段と
して役立つようになる。さらに、いろいろな気筒の相対
燃焼効率の値は、例えば各気筒における点火または噴射
タイミングのような制御セッティングを最適にすること
によってエンジンの全効率を増加するのに役立てること
ができるようになる。
さらにまた、多気筒内燃機関の連続した気筒の最低速度
の位置で収集されたデータより、平均エンジン・トルク
について各気筒のトルク発生の変動値（相対燃焼効率の
値）を与え、連続した気筒の最低速度の位置におけるこ
れらのデータより、多気筒内燃機関にあるいろいろな気
筒の相対燃焼効率を与えることができるようになる。
これらの値を用いることにより、オンラインエンジン診
断およびエンジン設計ならびに制御方法のためのオフラ
イン評価手段等ができるようになる。
（実施例） 本発明は、下記の説明および本発明を示す付図を参照す
ることによって最もよく理解することができる。
トルクの大きさ取得 以下の解析において、特定の変数を表わす特定の記号が
使用される。下記の表はこのような記号およびそれによ
って表わされる変数の表である。
定常状態で作動するエンジンにおいて、平均エンジン速
度は一定である。しかし、瞬間エンジン速度は各気筒の
動力行程の際にクランク軸に与えられる周期的エネルギ
の結果として、平均速度を中心とした周期的変化を受け
る。理想のエンジンでは、すべての気筒は同じ機能を果
たし、同量のトルクを発生する。この場合、周期的速度
変化は第１図に示される通り規則正しく、４行程、Ｎ気
筒エンジンでは720／Ｎ度ごとに反復する。実際のエン
ジンでは、気筒はすべてが同量のトルクを作らず、速度
変化は不規則である。濾波された瞬時エンジン速度対テ
スト・スタンド上の実際のエンジンから取られたクラン
ク軸角度のプロットが第２図に示されている。この速度
プロットに含まれる情報は、個別気筒およびエンジン全
体の両方のトルク発生レベルを求めるのに使用される。
どんな時点でも、エンジンによって発生する正味エンジ
ン・トルクは個別気筒のトルク寄与の和である。しか
し、クランク軸回転の特定な部分では、正味トルクはそ
のクランク軸回転の特定部分の間にその動力行程を実行
している１気筒に作られるトルクによって適当に概算し
得ることが示される。すなわち、クランク軸回転のこの
部分に対して、残りのＮ−１気筒の寄与は無視できるも
のと考えられる。シミュレーションのエンジン・データ
と実際のエンジン・データとの両方にこの考え方を適用
すると、エンジンにより作られるトルクを求める場合、
クランク軸速度が最低である１気筒の動力行程のTDC付
近から、クランク軸速度が最高である次のTDCの前の点
までのクランク軸回転角度を使用することによって最良
の結果が得られる。換言すれば、特定な気筒の動力行程
のこの角度にわたって、正味エンジン・トルクは当該気
筒により作られるトルクによって極めて正確に概算する
ことができる。
いま第３図から、点火順序における第１気筒は、「TDC
１」として示されるクランク軸角度で動力行程を始める
前にTDCに達する。この発明の文脈では、TDCは気筒の動
力行程の上死点を指すことを理解すべきである。点火順
序の次の気筒は、「TDC２」で720／Ｎ度遅れてTDCに達
する。Sslは２つのTDCの間の最低速度を表わし、Sflは
最高速度を表わす。これら２つの点の瞬時速度の差は、
含まれる時間における正味エンジン加速度の大きさであ
り、この時間におけるクランク軸速度変動の振幅A1を定
める。そこで、 Aj＝Sfj−Ssj (1) ただし指標ｊはｊ番目のTDCとｊ＋１番目のTDCとの間の
時間（点火間隔）を表わす。
クランク軸角速度の時間変化率は、装置の回転慣性Ｊに
よって割られた装置に作用する正味トルクに等しいこと
が知られている。
ただし TEj(t)時間ｔでｊ番目の気筒によって発生するエンジン
・トルク TEj ｊ番目の点火間隔中に生じる動力行程を持つ単気
筒によってエンジン・サイクルの間に発生する平均トル
ク TE(t) 時間ｔですべての気筒によって発生するエンジ
ン・トルク TE エンジンの１サイクルにおいて全Ｎ気筒により発
生する平均エンジン・トルク TL エンジン負荷トルク tF 継続するTDC間の時間（点火間隔） TDCjに続く最低速度と最高速度の時間の間で第(2)式を
積分すると、 定常状態の作動を想定し、分析モデルと実験結果の両方
を用いると、第(3)式の右側の積分は負荷トルクTLおよ
び気筒点火間隔tfと共に直接変化することが判明してお
り、下記の式を生じる 第４式は、上記時間間隔内に生じる動力行程を持つ気筒
によって作られるトルクのｊ番目の点火間隔にわたって
平均を求める手段を提供する。定常状態の作動では、す
なわち連続する点火間隔全体にわたり一定に保たれる平
均エンジン速度では、各気筒から見た平均負荷トルク
が、各点火間隔にわたって発生する平均エンジン・トル
クに等しくなければならない。ｊ番目の点火間隔では、
動力行程を受けている気筒によって発生するトルクが顕
著であるので、第(4)式は単気筒の速度変動振幅を点火
間隔における当該気筒によって発生する平均トルクに関
係させるものと考えられる。第(4)式のTLをTEjに代える
と、 もし全気筒の点火が等しければ、量Aj、すなわちｊ番目
の気筒と組み合わされるクランク軸速度変動の振幅は、
すべての気筒について同じであり、速度波形は第１図の
ように規則正しい。第２図に示される通り、これは実際
のエンジンの場合ではない。かくて、量Ajおよび第(5)
式は、ｊ番目の気筒によって発生するエンジン・トルク
と共に組み合わされる。すべての気筒にわたってエンジ
ンにより発生する平均トルクの関係式を得るために、エ
ンジン・サイクルにおいて波振幅が平均化される。かく
て、 ただし 第(5)式は単気筒の速度変動振幅を点火間隔にわたって
当該気筒によって発生する平均トルクに関係させるもの
と考えられる。第(6)式はエンジンの１サイクルにおけ
る平均速度変動振幅とエンジン・サイクルにおいて作ら
れる平均エンジン・トルクとの対応する関係を提供す
る。１サイクルの間の平均気筒およびエンジン・トルク
について解くと、 ただし TEj ｊ番目の点火間隔（tFj）の際に生じる動力行程
を持つ単気筒によってエンジン・サイクルの間に発生す
る平均エンジン・トルク TE エンジンの１サイクルに対して全Ｎ気筒により発
生する平均エンジン・トルク エンジンの燃焼事象は本質的に不安定である。そのため
に、１つの気筒における燃焼すなわち１つのエンジン・
サイクルの間に発生する平均トルクの大きさだけではな
く、同じ気筒の多数の燃焼における平均化された気筒ト
ルク発生および多数のエンジン・サイクルにおける平均
化されたエンジン・トルク発生をも得ることが望まし
い。これらの量は、第(8)式および第(9)式の各従属変数
の上のバーによって表わされる。かくて ただしバーの付いた量は多数の気筒燃焼およびエンジン
・サイクルにおける平均を示す。
本発明による方法では、速度変調振幅を作るために必要
な瞬時エンジン速度、およびそれによるトルクは得られ
ない。むしろ、組み合わされる「カウント変動振幅」
は、クランク軸の固定角回転が生じる時間Tiを測定する
ことによって導かれる。この方法で計算されるカウント
変動振幅CAは、前述の速度変動振幅Ａによって供給され
る情報に比較し得る情報を供給する。各気筒の平均トル
クの計算はそのとき４段階、すなわち(1)クランク軸時
間間隔Tiの測定、(2)これらの測定のオン・ライン・デ
ィジタル・フイルタ作用、(3)各発火についてのカウン
ト振幅CAの計算、および(4)継続燃焼における各気筒の
カウント振幅の平均化、によって達成される。これらの
段階は下記に説明される。
気筒のトルクを計算する基礎はクランク軸時間間隔のデ
ータである。エンジン・クランク軸に取り付けられる歯
車、固定式磁気ピックアップ、およびディジタル電子回
路は、クランク軸の固定角回転の際に生じる高周波クロ
ックのサイクルをカウントするのに用いられる。クロッ
クの測定されたカウントは、クランク軸が既知の角度に
回転するに要する時間に正比例する。回転の固定角にわ
たって測定されたカウントと、回転の時間間隔と、エン
ジン速度との間の関係式は次の通りである： Ci＝fCLK Ti (12) ただしCiは高周波クロックの測定されたカウントであ
り、fCLKはHzで表わしたクロック周波数であり、Tiはク
ランク軸がΔθ度回転する秒で表わした時間間隔であ
り、▲▼は回転の対応する角度におけるRPMで表わ
した平均エンジン速度であり、Δθはクランク軸が回転
する角度である。添字ｉはｉ番目のデータ点を表わす。
第(12)式と第(13)式との間で時間間隔Tiを消去すると、
回転の与えられた角度における測定されたカウントの数
がこの間隔における平均エンジン速度に反比例すること
が分かる。
かくて、もし継続した既知の角度回転のカウントが測定
され、かつ第(14)式の をCiについて解くならば、瞬時エンジン速度対クランク
軸速度の近似曲線が再び作られる。Δθの微小値につい
て、この曲線は第２図に示された瞬時エンジン速度対ク
ランク軸角の曲線に近づく。
テスト・スタンド上に置かれたエンジンから取られる連
続測定カウントのプロットが第４図に示されている。こ
の場合、Δθは６度であり、fCLKは６MHzである。信号
に重ねられる高周波ノイズは測定誤差の結果、すなわち
継続するΔθの極めてわずかな変化の結果である。これ
らの変化は歯車の歯間隔の不ぞろいによる。かかる誤差
はより精密な輪を使用することによって減少することが
できるが、これは装置の全費用に加算される。ノイズを
減らすもう１つの手段はデータをフィルタすることであ
る。説明された装置はノイズを減少させるオン・ライ
ン、非反復ディジタル・フイルタ法を利用している。第
５図は第４図からのデータのフィルタ後のプロットであ
る。ディジタル・フィルタはノイズを良好に除去する
が、正規のエンジン変動は依然として残る。
各気筒のトルク発生レベルを求める方法は、点火間隔内
の２点における瞬時エンジン速度を要求する。これらの
２点は最低速度と最高速度の点である。かくて、完全な
速度対クランク軸角度曲線は不要である。同様に、カウ
ント変動振幅に基づくトルクを計算するために、完全な
曲線は不要である。
Ciをｉ番目のフィルタされないデータ点とし、 をｉ番目のフィルタされたデータ点とすれば、非反復フ
ィルタ方式は９個のフィルタされないデータ点を用いて
各フィルタされたデータ点を計算する。９という値は歯
数６０の歯車が使用される場合に適している。問題の点
の両側の４個のフィルタされない点は、自らのフィルタ
されないデータ点と共に使用される。かくて Ci＝f(Ci-4,Ci-3,Ci-2,Ci-1,Ci,Ci+1,Ci+2,Ci+3,Ci+4) (15) Q1jおよびQ2jは、TDCjおよびTDCj+1の間の最低速度と最
高速度の点と組み合わされるフィルタされないカウント
・データとして定義される。
および は対応するフィルタされた値として定義される。第(14)
式から、量 および は速度に反比例することが分かる。それらは正常なエン
ジン作動中に、TDCの後で生じる順序に番号づけされ
る。
第(8)式により与えられた気筒トルクを計算するため
に、速度変動振幅Ajがまず見いだされなければならな
い。フィルタされたカウント値は速度を求めるのに用い
られる。第(1)式および第(14)式から 上記関係式において、微小なΔθの場合、瞬時エンジン
速度は間隔Δθにわたる平均速度によって正当に概算
される。
簡単に表わすと ただしｊ番目の点火間隔におけるフィルタされたカウン
ト変動振幅CAjは下記によって与えられる 正式には CAj ｊ番目の点火間隔におけるフィルタされたカウン
ト変動振幅 気筒の多数の燃焼において平均化された、ｊ番目の点火
間隔の際にその動力行程を受ける前記気筒に対するフィ
ルタされたカウント変動振幅 CA エンジンの１サイクル中に全気筒にわたって平均
化されたフィルタされたカウント変動振幅 ▲▼ 全気筒および多くのエンジン・サイクルに
おいて平均化されたフィルタされたカウント変動振幅 第(8)式に代入すると、気筒トルクの大きさが得られ
る。
平均値付近の速度（またはカウント）変動は燃焼時間中
において多くても数パーセントの大きさに過ぎないの
で、第(19)式の量 は大きな精度で に置き換えることができる。さらに、 およびtFはいずれも点火間隔にわたる平均エンジン速度
に反比例するので、 一定の平均エンジン速度で、１回の燃焼における気筒ト
ルクは下記の式で与えられる TEj〜CAj (21) また、エンジンの１サイクルからの全エンジン・トルク
は下記の式で与えられる TE〜CA (22) トルク発生行程に固有のランダム性を克服するために、
ある応用では、適当数の気筒点火またはエンジン・サイ
クルにわたってこれらの大きさを平均化することが望ま
しい。対応するトルクの大きさは、次の通りである： および TE〜▲▼ (24) 本発明のトルク測定法は、ディジタル・コンピュータの
エンジン・シミュレーションによって作られたデータ
と、テスト・スタンド上のエンジンから取られた実際の
データとに応用された。いずれの場合も、仮定されたト
ルクとシミュレーションおよびテスト・スタンドの結果
との間に極めて良好な相感が発見された。
シミュレーション・モデルでは、各気筒の瞬時トルク寄
与は、計画の各積分段階で計算された。瞬時トルクは、
慣性および圧力の両成分によって構成されている。圧力
トルクの計算は、気筒の圧力が気筒容積の変化および燃
焼行程により加えられた熱の両方の関数である熱力学モ
デルに基づく。
シミュレーションの結果は第６図に示され、テスト・ス
タンドの結果は第７図に示されている。シミュレーショ
ン・モデルのパラメータを実際のエンジンのものと一致
させる調整は行われなかった。２つの場合のクロック・
レートは違っていた。テスト・スタンドのエンジンは22
5立方インチ排気量のクライスラー・スラント６であっ
た。
シミュレーションおよびテスト・スタンドの両結果で
は、エンジンにより作られた平均トルクをカウント波振
幅に直線に関係づける第(24)式の予言は完全に立証され
ている。定常状態では、エンジンにより作られる平均ト
ルクがエンジンから見た負荷トルクに等しくなければな
らないことを思い出すべきである。
内燃機関の気筒およびエンジン・トルクの測定値の両方
を求めるために使用される装置の概略図が第８図に示さ
れている。この図は、(1)センサ、(2)電子回路、および
(3)マイクロプロセッサ、の３つの部分に分けられる。
センサは、２個の回転歯車124、126のすぐそばに置かれ
た２個の磁気ピックアップ120、122を含む。歯車124は
エンジン132のクランク軸130に取り付けられて、組み合
わされる磁気ピックアップ120およびトリガ回路134と共
に、クランク軸の固定角回転で信号を発生させる。第２
歯車126は、火花点火エンジンの場合にエンジン132のデ
ィストリビュータ軸136に取り付けられている（圧縮点
火エンジンの場合と用語が違うが、方法は同じであ
る）。この第２歯車126は、その組合せ磁気ピックアッ
プ122およびトリガ回路140と共に、各気筒の上死点に対
する基準を発生させるのに用いられる。
電子回路は、２個のトリガ回路134，140と、クロック−
パルス発生部142と、ディジタルインターバル・タイマ
（DIT）144と、プログラマブル割込みマスク146とを含
む。この回路は、磁気ピックアップ120，122の出力を調
整する信号を供給し、クランク軸130の連続固定角回転
の経過時間を測定し、さらにマイクロプロセッサ150に
対する信号およびデータを発生させて同プロセッサに送
る。
マイクロプロセッサ150は電子回路からデータを受け
る。次にそれは、個別気筒およびエンジン全体のカウン
ト波振幅ならびにそれらによる対応するトルクを決定す
るのに必要なフィルタ動作および計算を実施する。
装置の作動は基本的には、後で詳しく説明するが、U.S.
S.N.452,372号に前述された通りである。本発明とU.S.
S.N.452,372号に開示された装置との作動の重要な相違
は、U.S.S.N.452,372号で求められた相対燃焼効率の大
きさが上死点でクランク軸回転の角度当たりのカウン
ト、すなわち各発火ごとに１カウントであることを要求
した点である。他方では、トルクの測定値は最低および
最高速度の点での測定値を要する。かくて、この場合で
は、点火間隔当たり２つの異なる点をフィルタするだけ
の歯カウント・データはむしろマイクロプロセッサによ
って処理されなければならない。もう１つの重要な相違
は、U.S.S.N.452,372号に開示された装置は各気筒の性
能の指標を計算するために連続するTDCについてのクラ
ンク軸速度を使用した点である。本発明は、各気筒の性
能の指標を計算するために、継続する点火間隔における
最低回転の点でクランク軸速度を使用する。
TDC後の最低および最高速度の点の位置は、任意な平均
速度で最低速度の点が、火花点火エンジンの場合には点
火タイミングの、また圧縮点火エンジンの場合には噴射
タイミングの直接関数であることを知って、求められて
きた。かくて、最低速度はマイクロプロセッサにあらか
じめ記憶することができる。実例として、特定な型のエ
ンジンの最低速度の点は、エンジンをテスト・スタンド
上で運転することにより実験的に求められる。エンジン
はいくつかの速度で運転され、各速度でいくつかの異な
る負荷条件を受ける。最低速度の点はそのとき、各速度
および負荷条件について求められる。これらの最低速度
の点は次に、マイクロプロセッサにあらかじめ記憶され
る。
最高速度の対応する点は、点火間隔における最低速度点
から一定な数のクランク軸角度を極めて規則正しく生じ
る傾向がある。かくて、最高速度の点もマイクロプロセ
ッサにあらかじめ記憶されたデータから求められる。実
例として、最高速度の点が最低速度の点から生じるクラ
ンク軸角度の数は、いろいろな速度でかついろいろな負
荷条件の下でテスト・スタンド上のエンジンを運転する
ことによっても実験的に求められる。
速度（カウント）基準位置のオン・ライン測定を利用す
る代替実施法も可能である。後で詳しく説明するが、任
意の与えられた点におけるクランク軸速度は、磁気セン
サによってクランク軸に結合される歯車の２個の連続し
た歯の通過時間中に生じる固定周波数クロックのパルス
数をカウントすることによって求められる。カウント・
データをオン・ラインで調査することによって、最高速
度（最低カウント数）および最低速度（最高カウント
数）が求められる。
多気筒内燃機関の個別気筒について、また全体のエンジ
ンについての絶対トルクの大きさを求める方法を説明す
る。この方法はいろいろな制御および診断用の要求を満
たす基礎を提供する。本方法はU.S.S.N.452,372号の主
題を補うとともに、以下に説明される気筒の相対トルク
出力をも求めることができる。
火花点火エンジンの最適な点火タイミングは、他の諸量
よりもとりわけ、エンジン運転中の負荷トルクの関数で
ある。かくて、エンジン負荷トルクの知識はエンジン・
コントローラにとって重要である。負荷トルクの情報は
先行技術では直接利用できなかったので、取入口マニホ
ルドの真空センサからのデータを用いて推測によって得
られた。高真空は低負荷を意味し、低真空は高負荷を意
味した。このような入力の不利は、センサの費用、その
信頼性、その応答時間、および単一エンジン負荷トルク
にその値を明確に関係づけることのむずかしさなどによ
る。もう１つの不利は、最良の場合でもエンジン全体の
測定値しか得られず、気筒ごとにあてはまるものは得ら
れない。
本発明のトルク測定はこうした困難を克服する。最も重
要なことは、入力信号がトルクに直接関連づけられるよ
うに示され、応答時間が気筒の発火と同時であり、個別
気筒のトルクの大きさが工程の一部として発生され、セ
ンサ技術が十分確立され、さらにある場合にはハードウ
エアが既に車に搭載済であること、などである。
トルク測定の応答は迅速であるので、オンライン装置効
率を最大にすることがトルクの測定値を用いて達成され
る。この作動モードでは、コントローラは与えられた使
用燃料についてエンジン・トルク出力を最大にする最適
の点火タイミングをさがし求める。これを達成する方法
は、点火タイミングの値をトルク出力増加、すなわちカ
ウント振幅増加の方向に微調整することを意味する。応
答を最適にするためにコントロールを微調整することは
周知の方法であるが、内燃機関の火花タイミングにそれ
を応用することは、これまでの方法における本質的な低
速応答時間のためによく受け入れられていない。本方法
はその困難を克服するほか、気筒ごとに基づく方法の実
施を提供する。
エンジンに使用される燃料の性質は、エンジンの性能に
重要な影響を及ぼす。ガソリン燃料は現在では全く一様
な品質を確保しているが、ディーゼル燃料の品質につい
てはそうは言えない。これは、燃料の供給源および内容
が著しく変わることがある長距離トラック輸送の場合に
特に明白である。ディーゼル・エンジンでは、燃料経済
に関する最適運転のための噴射タイミング、エミッショ
ンレベル、および性能は、使用燃料の性質に左右され
る。
ここに説明される制御方法は、エンジンを改造せずに与
えられたエンジンに異なるグレードの燃料を使用できる
ようにする。これは、燃料の供給源が著しく変わる軍用
の場合にも重要な価値がある。
気筒トルク測定法は、オン・ラインのエンジン診断用の
道具でもある。個別気筒トルク出力の識別は、気筒間の
トルク差を変化の原因と結び付ける基礎を提供する。こ
の点で、個別気筒のトルク出力の知識は、気筒間の相対
トルク出力を与えるU.S.S.N.452,372号に開示された資
料を補足する資料を提供するとともに、下記気筒間の相
対トルク出力を求める方法を提供する。
トルク変動（相対燃焼効率）値の取得 エンジン性能の気筒ごとの変化の最良な制御は、１つの
気筒の動力行程での最低クランク軸速度の点から、点火
順序で次の気筒の動力行程での最低クランク軸速度の点
までのクランク軸回転を用いることによって得られる。
例えば第３図において、点火順序の第１気筒は「TDC
１」として示されるクランク軸角で動力行程を開始する
前にTDC に達する。点火順序の次に気筒はTDC ２で 遅れてTDCに達する。TDC １からTDC ２までのクランク
軸回転の期間において、エンジンにより発生する正味ト
ルクは第１気筒によって発生するトルクとして概算され
る。換言すれば、特定気筒の動力行程の最初の では、正味エンジントルクはその気筒によって発生した
トルクとして概算される。
TDC １とTDC ２との間で、クランク軸速度変動は１サイ
クルを受ける。理想のエンジンでは、連続サイクルの同
じ点における瞬時速度は同じである（すなわちＳ1＝Ｓ2
＝…＝ＳN）。連続するＳＳ、すなわち点火順序の連続
気筒の点火間隔中の最低クランク軸速度の点、における
瞬時速度の差は、第３図に示される通り、その期間にお
けるエンジン加速度の大きさである、△Sjが下記のよう
に定められる場合 △Sj＝Sj+1−Sj ただしSjはｊ番目とｊ＋第１上死点との間の気筒の点火
間隔中の最低クランク軸速度の点における瞬時クランク
軸速度であり、△Sjは点火順序の連続気筒の連続点火間
隔中の最低クランク軸速度の変化であり、その場合最低
クランク軸速度Sjの点SSjと最低クランク軸速度Sj+1 の
点SSj+1 との間の加速度jは下記の式で与えられる エンジン加速度はエンジン・トルクに比例するので、正
の△SjはSSjとSSj+1との間の期間にわたる正の正味トル
クを表わし、負の△Sjは負の正味トルクを表わす。各△
SjがTDCj てその動力行程を開始する気筒によって作ら
れるトルクと組み合わされるならば、エンジン内の各気
筒の相対トルク寄与が求められる。
定常状態では、適当なエンジン回転数にわたって測定さ
れる平均エンジンおよび荷重トルクはゼロでなければな
らない。すなわち、所望の速度を保つのに要求されるエ
ンジンの燃焼工程によって作られるトルクは、負荷トル
クによって平衡に保たれる。この場合、△Sjの和はゼロ
に接近する。第ｋ気筒の数回の連続点火の平均△Sjを とすれば、一般に下記の式が得られる。
だが、ｋ＝１，……，Ｎに対して すなわち、ある気筒は平均トルクより大きいトルクを作
り、他の気筒は平均に満たないトルクを作る。大きな正
の は関連気筒による平均以上のトルク発生を示すが、大き
な負の は平均に満たないトルク発生を示す。動力行程で最低ク
ランク軸速度の点に達する、発火順序の連続気筒間の瞬
時エンジン速度の変化は、相対燃焼効率を求める基準を
形成する。
本発明の説明のための実施例により、相対燃焼効率を計
算するのみに要する情報は、クランク軸の連続固定角回
転について、時間間隔Ti を測定することから導かれ
る。この方法で計算された相対燃焼効率の値は、上述の と同じ情報を供給する。各気筒の相対燃焼の大きさの公
式化は、(1) クランク軸の時間間隔Ti の測定、(2)
これらの測定のオン・ライン・ディジタル・フィルタ作
用、(3) 各発火時の性能指標（IP）の計算、および(4)
連続発火にわたる各気筒のIPの平均化、といった４段
階を要求する。
相対燃焼効率の値を計算する基本は、クランク軸の時間
間隔データである。エンジン・クランク軸に取り付けら
れた歯車、固定磁気ピック・アップ、およびディジタル
電子回路は、クランク軸の固定角回転中に生じる高周波
クロックのサイクルをカウンとするのに用いられる。ク
ロックの測定されたカウントは、クランク軸が既知の角
度を回転するのに要する時間に正比例する。回転の固定
角における測定されたカウント、回転の時間間隔、およ
びエンジンの速度の間の関係は下記の通りに示される： ただしCi は高周波クロックの測定されたカウントであ
り、fCLKはクロック周波数（Hz）であり、Tiはクランク
軸が△θ度だけ回転する時間間隔（秒）であり、▲
▼は対応する回転角における平均エンジン速度（ＲＰ
Ｍ）、であり、△θはクランク軸が回転する角度（度）
である。添字ｉはｉ番目のデータ点を表わす。
時間間隔Tiがこれらの式から消去されると、与えられた
回転角にわたって測定されたカウントCi はこの間隔に
わたる平均エンジン速度には反比例することが分かる。
すなわち、 かくて、もし連続既知角度の回転のカウントが測定さ
れ、かつ最後の式がCiに関して▲▼について解かれ
るならば、概略瞬時エンジン速度対クランク軸角度の曲
線を作り直すことができる。△θの値が微小であれば、
この曲線は第２図に示される瞬時速度対クランク軸角度
の曲線に近づく。
テスト・スタンドの上に置かれたエンジンから取られた
連続測定カウントのプロットが第４図に示されている。
この場合、△θは６゜で、fCLKは５MHzである、信号に
重なった高周波ノイズは、連続△θで最も顕著に変化す
る測定誤差の結果である。これらの変化は歯車の歯間隔
の精度不良の結果である。かかる誤差はより精密な歯車
を使用することによって減らすことができる。ノイズを
減らすもう１つの手段は、データを濾波することであ
る、説明された装置はオン・ライン、非反復のディジタ
ル・フィルタ法を利用してノイズを減らしている。第５
図はかかるフィルタ動作後の第４図に示されたものと同
じデータのプロットである。フィルタはノイズを良好に
除去するが、正常なエンジ速度変動は除去されない。
本発明により各気筒の相対トルク寄与を決定する方法
は、気筒の動力行程での最低クランク軸速度の点に対応
するクランク軸角度でのみ瞬時速度を要求する。かく
て、完全な速度対クランク軸角度は考える必要がない。
同様に、クランク軸のデータに基づく燃焼効率の計算で
も、完全な曲線は必要とされない。
Ciを濾波されないデータ点とし、 を濾波されたデータ点とする。制御装置に用いられる非
反復フィルタ方式は、９個の濾波されないデータ点を利
用して、おのおの濾波されたデータ点を計算する。問題
の点の両側にある４個の濾波されないデータ点と、濾波
されないデータ点自身とが使用される。すなわち Ci＝（Ci-4,Ci-3,Ci-2,Ci-1,Ci,Ci+1,Ci+2,Ci+3,Ci+4） いまQjが最低クランク軸速度のｊ番目の点と一致する濾
波されないデータ点として定義されるならば、また最低
クランク軸速度の最初の点（ｊ＝１）がｍ番目のデータ
点に対応するものと想定すれば、 ただしnt は歯車の歯数であり、Ｎはエンジンの気筒数
である。
をQjに対応する濾波されたデータ点と定義すれば、 かくて、Qjは第５図に示されるSjに反比例する。
各気筒の性能指標は、連続気筒の動力行程での最低クラ
ンク軸速度の点で濾波されたデータ点に基づいて計算さ
れる。かくて 負のIPjは、SSjからSSj+1までのカウントの増加に相当
する。これは、エンジン速度が連続したSS の間の期間
で減少したことを示すとともに、正味トルクが負である
ことを示す。正のIPjはエンジンの速度の増加および正
の正味トルクを表わす。IPjの大きさは固定クランク軸
回転における速度の変化を表わし、これは加速度に比例
し、正味トルクに比例する。この関係を確立するためは ただしSjは気筒の動力行程での最低クランク軸速度の点
のまわりのクランク軸回転の△θ度における平均エンジ
ン速度である。△θが微小であれば Sjｊ ただしSj はｊ番目の気筒の動力行程での最低クランク
軸速度のｉ番目の点における瞬時エンジン速度である。
かくて、 ただしSjは連続気筒の動力行程での最低クランク軸速度
の連続する点の間の正味エンジン加速度であり、tjおよ
びtj+1はSS 番目ならびにSS+1番目の点にそれぞれ到達
する時間でる。△tjをSSjとSSj+1との間の経過時間とす
れば、 △tj＝tj+1−tj したがって しかし ただしK1はクロック周波数および歯間隔の関数である。
この式を に関してｊにつき解き、かつ前記の式に代入すると、 したがって ただしTqは正味トルクである。かくて、これらの最後の
２つの式は、IPjとその間隔における正味トルクとの所
望の関係を提供する。
IPjは各気筒の発火中に作られるトルクの大きさであ
る。負のIPjは「不良」燃焼の事象（平均トルク発生に
満たない事象）を表わし、正のIPjは「良好」燃焼の事
象（平均トルク発生を上回る事象）を表わす。
与えられた気筒によって作られるトルクは、気筒内の燃
焼事象の変化によりサイクルごとに変わる。与えられた
気筒によって作られる相対トルクの正確な値を得るため
に、IPjは数回の連続点火について平均化されなければ
ならない。気筒の相対燃焼効率の大きさは下記の通り定
義される ただしIPkは点火順序の第ｋ気筒のIP であり、IPik は
ｉ番目の点火の第ｋ気筒のIP であり、はIP を平均化す
べき連続点火の回数である。
個別気筒の性能指標IP もオン・ラインの粗さ測定の基
準を形成する。エンジンの粗さは、気筒間のトルク発生
が一様でないことおよびサイクルごとに同じ気筒内に作
られるトルクが変化することによる。性能指標は、各気
筒の点火中の相対トルク発生に関する情報を含む。粗さ
指標 は次の通り定義される ただし｜IPik｜は、ｉ番目のエンジン・サイクルにおけ
る第ｋ気筒のIP の絶対値である。
定常状態では、整数のエンジン・サイクルにわたる個々
の性能指標（IP）の代数和はゼロになる傾向があろう。
しかし、個別気筒のIP はある非ゼロ値を持つであろ
う。IP の大きさは個別気筒によって発生するトルクの
平均値からの変化の大きさである。エンジンの１サイク
ルにわたるIP の絶対値の和はそのとき、このサイクル
中の気筒ごとのトルク変化を表わす。粗さ指標の大きな
値は、エンジンの粗らを増加することになる気筒ごとの
トルク発生の変化が大きいことを示す。かくて、 の値はエンジンの粗らの量化可能な大きさである。
粗さ指標は、閉ループのアイドル・モード・コントロー
ラ、またはエンジン制御方法を評価する道具、のような
フィードバック制御装置に使用されることがある。
トルクおよびトルク変動（相対燃焼効率）の監視 エンジンおよび気筒のトルクおよび内燃機関のトルク変
動（相対燃焼効率）の大きさを測定するのに用いられる
装置の概略図が第８図に示されている。１対の磁気ピッ
クアップ120,122はそれぞれ回転する歯車124,126 のす
ぐそばに取り付けられている。第１の歯車124 は多気筒
内燃機関132 のクランク軸130 に取り付けられている。
歯車124 は関連磁気ピックアップ120 および関連トリガ
回路134 と共に使用されて、クランク軸130 の固定角度
位置で信号を発生させる。第２の歯車126 は、火花点火
エンジンの場合にはエンジン132 のディストリビュータ
軸136 に取り付けられる（圧縮点火エンジンの場合は用
語が変わるが、方法は同じである）。歯車126 、関連磁
気ピックアップ122 、およびトリガ回路140 はエンジン
132 の各気筒における動力行程の始めの上死点に対する
基準を発生させるのに用いられる。
クロック142 はインターバル・タイマ(DIT)144に6MHzの
パルスを供給する。
ＤＩＴ１４４は１４個の並列出力d0，d1，d2……d12，d
13および１個のcount出力を含む。countはプログラ
マブル割込みマスク(PIM)146 の入力に結合される。ト
リガ回路134,140 はそれぞれ磁気ピックアップ120,122
の出力信号を調整する信号を供給する。クロック142 お
よびDIT 144は、クランク130の連続固定角度回転の経過
時間を測定する。DIT 144およびPIM146 は信号を発生さ
せてそれをマイクロプロセッサ150 に送信する。マイク
ロプロセッサ150 は他の電子回路からデータを受信し
て、トルクおよびトルク変動（相対燃焼効率）の大きさ
を求めるのに必要な濾波操作および計算を実施する。
この装置の作動は以下に説明される。歯車124 の各歯が
固定磁気ピックアップ120 を通過するにつれて、電圧Vm
ag が発生される。Vmag が負方向のゼロ交差を提供する
とき、トリガ電圧Ｖtrigはロー・レベル（０ボルト）に
なる。ＤＩＴ１４４に対するロー・レベルのtrig信号
は、ＤＩＴ１４４にある１６ビットのアップ・カウンタ
の内容を、ＤＩＴ１４４の出力における１６ビットのラ
ッチに並列にロードさせる。ロー・レベルtrig信号
も、ＤＩＴ１４４にあるアップ・カウンタの内容を消去
し、高周波クロック・パルスVCLK のカウントを再開さ
せる。さらに、ロー・レベルのtrig 信号は、ＤＩＴ
１４４からＰＩＭ１４６に至るcountラインをロー・
レベルにさせて、データが処理可能の状態にあることを
表わす。最後に、trigがマイクロプロセッサ150 から
のRESETラインの状態および内部信号次第でロー・レベ
ルになるにつれて、ＰＩＭ146はDRラインをローにセ
ットすることによって「データ使用可能」信号をマイク
ロプロセッサ150 に送信したり、DRラインを高位に保
つことによって「データ使用可能信号」がマイクロプロ
セッサ150 に行かないようにする。
ローのＶDR信号を受信すると、マイクロプロセッサ150
はラッチd0−d13の１４個の最下位ビットの内容を読
む。この１４ビット数字は、歯車124 の２個の連続した
葉が磁気ピックアップを通過する時間に比例する。ラッ
チ内容が読み出されてから、マイクロプロセッサ150
は、データが読み出されたことを認めるためにRES ラ
インをトグルする。これはDRを高位させる。マイクロ
プロセッサ150 によって読み出されたデータはディジタ
ル・フィルタ作用を用いて濾波される。濾波されたデー
タは、これから説明するように、各気筒のトルクの値
（ＣAk）およびトルクの変動（相対燃焼効率）の値（Ｉ
Pk）を計算するのに用いられる。
ディストリビュータの隣りに取り付けられた第２磁気ピ
ックアップ122 は、ディストリビュータ軸136 に接続さ
れた歯車126 の各歯の通過時に電圧Ｖdist を発生させ
る。この歯車126 はエンジン132 の各気筒につき１個の
歯を有し、トリガ回路の出力TDC が対応する気筒のTD
C 到達と符合して高位から低位への変移を作るように置
かれている。TDCラインは約６０マイクロ秒の間低位
に保たれ、次に高位に戻る。TDC信号は、(1)上部死点
を参照するため、(2)対応する気筒の動力行程での最低
および最高クランク軸速度の点を求めるため、ならびに
(3)マイクロプロセッサのクロックと共に、エンジン132
の速度を求めるために、マイクロプロセッサ150 によ
って使用される。前述の通り、最低および最高のクラン
ク軸速度の点はマイクロプロセッサ150 にあらかじめ記
憶された値、すなわち標準としてTDC 後の所定の角度数
であることができ、またオン・ラインで定めることがで
きる。
DIT 144回路の概略が第９図に示されている。この回路
の３つの基本部分はタイミング回路152 と、アップ・カ
ウンタ154 と、ラッチ156 とである。DIT 144のタイミ
ング図は第１０図に示されている。
trig 信号がタイミング回路152 の入力である。回路
１５２の出力はＶclr，Ｖeatch、およびcount であ
る。tirg 信号の下降縁157 （第１０図）で、タイミ
ング回路152 はＶlatch ラインに持続時間約７５ナノ秒
のパルス158 （第１０図）を発生させる、Ｖlatch 信号
の上昇縁160 （第１０図）で、アップ・カウンタ154 の
内容は１６ビットのラッチ156 に並列に読み込まれ、ラ
ッチ156 の出力d0，…d13に現われる。Ｖlatch 信号の
下降縁162 （第10図）で、７５ナノ秒の正パルス164 が
Ｖclrラインに現われて、アップ・カウンタ154 をゼロ
にリセットさせる。Ｖclr ラインがパルス164の終りで
低位になるとカウントが再開される。またＶlatch パル
スの降下縁162 では、countラインは約８．８マイク
ロ秒の間、第１０図の166 で低位になる。
PIM 146は２つの機能を有し、すなわち相対燃焼効率の
値を計算するのに必要でないデータをマイクロプロセッ
サ150 からマスクするとともに、データがマイクロプロ
セッサ150 によって使用可能になるまでデータ使用可能
ラインDRを低位に保つ。ここに説明される制御装置で
は、６０個の歯を持つ歯車124 が使用される。かくて、
６気筒４行程のエンジン132では、各エンジン点火で２
０個のデータ点が測定される（一回転当たり６０個の歯
を一回転当たり３気筒の点火で割ったもの）。トルクの
値およびトルク変動（相対燃焼効率）の値を（各速度点
で９回）計算するためにマイクロプロセッサ150 によっ
て一燃焼当たり１８個のデータ点が使用されるので、２
個の不要データ点は各点火についてDIT 144の出力d0…d
13で連続ラッチされる。この説明は、最低および最高速
度の点がサイクル内で適当に分散しているものと想定す
る。交互に、すべてのカウント・データはマイクロプロ
セッサ150 に信号として送られ、不要な値はマイクロプ
ロセッサ150 によって簡単に無視される。PIM 146は、
これらの不要データ点に対応するデータ使用可能信号
DRがマイクロプロセッサ150 に送信されるのを防止し、
かくてマイクロプロセッサ150 は過度の割込みなしにプ
ログラム実行を続けることができる。
新しいデータ点がDIT 144の出力d0…d13でラッチされる
と、それはcountラインに持続時間約８．８秒のロー
・パルスを発生させる。PIM 146はこれらの信号の若干
をマイクロプロセッサ150 からマスクし、他の信号を
DRラインで送信する。マイクロプロセッサ150 に送信す
べきデータ点がラッチ156 で利用可能になると、PIM 14
6からのDRラインはcountパルスの下降縁で低位にさ
れる。DRラインは、マイクロプロセッサ150 がデータ
点を読み出してその点がRES ラインをトグルすること
によって読まれたこと知るまで、低位に保たれるであろ
う。
第１１図はPIM 146の概略図である。PIM146 の入力は
count、RES、およびRESETである。出力はDRであ
る。PIM 146のマスク動作の間、▲▼ライ
ンは高位に保たれて、count 信号がSET-RESET フリ
ップ・フロップ174 のＳ入力に送られることを阻止す
る。これはDRラインを高位に保たせる。
▲▼ラインは、マイクロプロセッサ150
（第８図）からのRESETラインが高位にされたり、fin
ラインが低位にされるとき、アクチブ（低位）になる。
低位の▲▼によりcount信号はフリップ
・フロップ174 に送信される。Ｓ入力での低位信号の受
信により、フリップ・フロップ174 の出力DRは低位に
なり、Ｒ入力RES がマイクロプロセッサ150 によって
アクチブの低位になるまで低位に保たれる。
４ビット２進カウンタ176 は、マイクロプロセッサ150
からマスクれているデータ点の数を記録するためにPIM
146 の中で使用される。RESET ラインが高位であると
き、カウンタ176 は使用不能にされ、出力q0−q3はゼロ
に保たれる。RESET ラインがいったん低位にされると、
カウンタ176 は使用可能にされる。４ビット２進比較回
路178 の出力finは、２進カウンタ176 の出力q0−q3
が１組のスイッチ（図示されていない）により記入され
る４ビット２進語C0−C3と合致するとき必ず低位であ
る。この２進語C0−C3は、RESET ラインの高、低変移を
伴うマイクロプロセッサ150 からマスクされるデータ点
の数をセットする。
RESET ラインが最初低位にされるとき２進カウンタ176
の出力はゼロであり、C0−C3がすべてゼロでないものと
想定すれば比較回路178の出力fin は高低になるであ
ろう。これはcount信号をANDゲート180 を経てカウン
タ176 の入力に送信させる。２進カウンタ176はcount
ラインの各高・低変移につい１つだけ増分する。カウン
タ176 の出力q0−q3がC0−C3によってセットされた値と
一致するとき、finラインは低位になるであろう。こ
れによって▲▼ラインはアクチブとなり、
相次ぐcountパルスはフリップ−フロップ174に送られ
る。同時に、countの後続パルスは、カウンタ176 がR
ESET ラインからの高位信号によって消去されるまで
finラインの低位状態およびfin に結合されるANDゲー
ト180 の入力によってカウンタ176 の入力から阻止され
る。
第８図を振り返って見ると、エンジン132 の制御プログ
ラムの開始時に、マイクロプロセッサ150 はRESET ライ
ンを働かせ、かくてcountパルスをPIM 146 を経て送
信させる。TDC の基準としてTDC を用いると、マイク
ロプロセッサ150 はデータ取得動作をクランク軸130 の
位置と同期させる。これは第１TDC パルスに続くDR
パルスの数をカウントすることによって行われる。DR
パルスの適当な数が受信されると、マイクロプロセッサ
150は各ＶDRパルスごとにDIT 144 の出力d0−d13からの
データを読み始める。１８個のデータ点が読まれ、次に
マイクロプロセッサ150 は次の２個のデータ点をマスク
するためにRESETラインを低位にする。これは第１２図
のタイミング図で説明される。次の２個のＶcountパル
スはPIM 146によってマイクロプロセッサ150からマスク
される。RESETラインの高・低変移に続く第３countパ
ルスで、finは低位になってDRラインを使用可能に
する。すなわち、countの第３パルスDRラインによ
りマイクロプロセッサ150 に送られる。第１DRパルス
の受信により、マイクロプロセッサ150 はRESETライン
を高位にセットし、エンジンのデータ点が読み出される
までそれを高位に保つ。次にRESETラインは、再度マス
ク動作を開始するために低位にされる、この工程は、プ
ログラムが働く限り繰り返される。
トルクの値およびトルク変動（相対燃焼効率）に基づく
エンジン制御 多気筒内燃機関の各気筒に空気と燃料の一様な混合物を
送る問題はよく知られている。気化器付エンジンおよび
単点燃料噴射装置を持つエンジンでは、気筒間に等分に
空気と燃料の混合物を分配し得る吸気マニホルドを設計
することは困難である。多点燃料噴射装置（火花点火ま
たは圧縮点火のエンジンにおける）でさえも、例えば噴
射器の許容変化により気筒に送られる燃料の量に変化が
ある。
空気／燃料の混合物を有効に燃焼させるための火花点火
エンジンにおける最適点火タイミングまたはディーデル
・エンジにおける最適噴射タイミングは、他のパラメー
タの中で、気筒内の燃料質量および空気対燃料比の関数
である。ここに説明される制御器は各気筒のタイミング
を別個に調節し、かくて気筒中の空気および燃料の一様
でない分布を補償する。タイミングは、各気筒内の混合
物の最も有効な燃焼にセットされる。
エンジンのクランク軸速度情報は、各気筒のトルクの値
およびトルク変動（相対燃焼効率）の値をいずれも計算
するのに用いられる。トルクの値は点火進行の基準レベ
ルをセットするのに用いられる一方、トルク変動（相対
燃焼効率）の値は個別気筒に対するタイミングを調節す
る基準として使用される。気筒に対する可燃混合物の組
成が変化するエンジン運転条件と共に変化するので、制
御装置は最適燃焼のためのタイミングを調節し続ける。
火花点火エンジンで実施されかつ点火タイミングをセッ
トするのに用いられる制御装置のブロック図が第１３図
に示されている。燃料供給のバランスが制御される実施
例は下記の通りである。時間の関数としてエンジン184
のクランク軸位置θCRは、トルクの値およびトルク変動
（相対燃焼効率）の値計算装置186 によって、エンジン
184 の各気筒のトルクの値（ＣAk）ならびにトルク変動
（相対燃焼効率）の値（ＩPk）を導くのに用いられる。
トルクの値は燃焼サイクルにおける最低速度と最高速度
の差に基づくが、トルク変動（相対燃焼効率）の値は気
筒の連続燃焼サイクルにおける最低クランク軸速度間の
差を使用する。エンジン速度計算装置188 は時間の関数
としてのクランク軸位置θCRを用いて、平均エンジン速
度を計算し、上死点θTDCに対する基準を発生させ、
そして点火順序の気筒位置CYLk を指標する。点火タイ
ミング装置190 は、装置186 からのトルクの値（ＣAk）
およびトルク変動（相対燃焼効率）の値（ＩPk）、な
らびに装置188からの平均エンジン速度に基づいて各
気筒の最適点火進角を決定する。気筒指標CYLk、平均エ
ンジン速度、および上死点θTDCは点火コイル・ドラ
イバおよび火花分配装置192に送られる点火信号ＶSAk
のタイミングを定めてエンジン184 の各気筒に対する適
正な点火進角を保証するのに用いられる。クロック194
は装置186，188 の時間従属関数の時間軸を発生させ
る。
圧縮点火エンジンのこの制御装置の実施例は第１４図に
示されている。この応用において、各気筒CYLk に対す
る燃料噴射のタイミングFPk は制御される変数である。
時間の関数としてのエンジン198 のクランク軸位置θCR
は、トルクの値およびトルク変動（相対燃焼効率）の値
の計算装置200 によって用いられ、点火サイクルの最低
および最高速度の基づきかつ気筒の連続点火サイクルに
おける相対最低クランク軸速度に基づくエンジン198 の
各気筒のトルクの値（ＣAk） ならびにトルク変動（相
対燃焼効率）の値（ＩPk）を導く。エンジン速度計算装
置202 は時間の関数としてクランク軸位置θCRを用い
て、平均エンジン速度を計算し、上死点に対する基準
θTDC を発生させ、そして点火順序の気筒位置CYLkを指
標する。燃料パラメータ（この場合は噴射タイミング）
装置204 は、トルクの値（ＣAk）、トルク変動（相対燃
焼効率）の値（ＩPk）ならびに平均エンジン速度に基
づくエンジン198 の各気筒の最適燃料噴射タイミングを
決定する。気筒指標CYLk、平均エンジン速度および上
死点基準θTDCは、燃料分配装置206 に送られる燃料噴
射信号ＶFPk のタイミングを定めて、各気筒に対する適
当な燃料噴射タイミングを保証するのに用いられる。
注目すべきことは、制御される燃料装置パラメータＦPk
が噴射される燃料の量であったり（例えば噴射ノズル開
放時間または燃料装置圧力の調節により制御される）、
または燃料噴射のタイミングと噴射された燃料の量との
ある組合せでもあることである。
適応空転速度制御 本発明の制御装置を用いるもう１つの制御方法は、空転
エンジンにより消費される燃料がエンジン速度に比例
し、すなわち速度が低いほど使用燃料が少ない、という
事実を利用している。しかしエンジン速度が下げられる
につれ、エンジンの運転ほ粗くなる傾向がある。最適の
エンジン空転速度は、粗さが不快でない最低速度であ
る。この速度はエンジ運転および環境の両条件と共に変
化する。適応空転速度制御装置は上述の装置に基づく。
空転モード制御装置は第１５図に示されている。空転制
御装置は、エンジン運転および環境の条件のどんな組合
せの下でも、プリセットされた所望のエンジン粗さレベ
ルRdと一致した最低エンジン速度を保持しようとする。
速度は関連制御器およびパワー回路（スロットル・アク
チュエータ）を介してスロットルを操作することによっ
て制御される。
時間の関数としてエンジン・クランク軸位置θCRは、相
対トルク計算装置212 により使用されて、気筒の連続点
火サイクルにおける相対最低クランク軸速度に基づくエ
ンジン内の各気筒の各燃焼に関する性能指標（IPik）を
導く。
粗さの大きさ計算装置222 はIPikを用いて、各エンジン
・サイクルの粗さ指標 を導く。この粗さ指標は次に濾波されて、測定されたエ
ンジの粗さRmを作る。速度セット点計算装置224 は、測
定されたエンジの粗さをプリセットされた粗さセット点
Rdと比較して、速度セット点Sdを調節し、RdとRmとの間
の誤差を減少させる。
エンジン速度計算装置214 は時間の関数としてのクラン
ク軸位置を使用して、平均エンジン速度を計算し、上
死点基準θTDC を発生させ点火順序の気筒を指標する。
速度制御装置226 は平均エンジン速度を濾波して、測定
されたエンジ速度Smを決定する。測定されたエンジン速
度の速度セット点は比較される。スロットル作動信号Ｕ
THS は、測定されたエンジン速度と速度セット点との間
のどんな誤差でも減少するような方法で求められる。ス
ロットル・アクチュエータ230は、速度制御ユニットか
らの電子信号を実際のスロットル運動φTHに変える。
点火タイミング装置216 は、平均エンジン速度、上死
点基準信号θTDC、および気筒指標CYLkを用いて、点火
コイル駆動および火花分配装置218 に送られる信号Ｖ
SAKのタイミングを定め、エンジンの各気筒に対する適
正な点火進各を保証する。
さらに、粗さ測定装置222 はスロットル・アクチュエー
タ信号ＵTHEを発生させて、エンジンが失速しようとす
る場合に緊急スロットル作用を開始させる。この緊急ス
ロットル作用信号は個別気筒の性能指標に基づくもので
あり、測定されたエンジ速度値Smよりもはるかに早く速
度の急降下を表わす。
所望の粗さセット点Rdは、緊急作用が要求される頻度に
基づいて変えられる。頻繁な緊急作用の要求は、エンジ
ンが失速すると思われる点にごく近い領域で運転してい
ることを示す。この状態は、粗さセット点があまりにも
高位にセットされていることを示す。かくて、緊急作用
が開始される頻度が制限値を越えると、粗さセット点が
減少される。この特徴により、空転モード・コントロー
ラはエンジンおよびそれが使用されている環境に適応す
るようにされる。適応性の追加は、コントローラをプリ
セット較正への従属から解放される。
空転速度制御用の火花点火エンジンでのトルク変動（相
対燃焼効率）値制御装置の実施例が第１５図に示されて
いる。この応用では、時間の関数としてのエンジン210
のクランク軸位置θCRは、燃焼効率の値の計算装置212
により使用されて、気筒の連続点火時間における相対最
低クランク軸速度に基づくエンジン210 の各気筒の相対
燃焼効率の値（ＩＰik）を導く。エンジン速度計算装置
214 は時間の関数としてのクランク軸位置θCRを用い
て、平均エンジン速度を計算し、上死点基準θTDC を
発生させ、点火順序の気筒位置CYLkを指標する。点火タ
イミング装置216は、クランク軸位置、上死点基準、お
よびエンジン速度計算装置214からの発火順序の気筒位
置、に基づく各気筒用の点火進角を決定する。この装置
は、ＣAkおよびＩPkが燃料噴射タイミングを最適にする
ために同時に使用されるように容易に変形することがで
きる。点火タイミング装置２１６は、この情報を点火コ
イル駆動および火花分配装置218 に供給して、エンジ21
0 の各気筒に対する適正な点火進角を保証する。クロッ
ク220は装置212,214 の時間従属関数の時間軸を発生さ
せる。
本発明の粗さ値計算装置222 は性能指標ＩＰikを用い
て、値Rmすなわち測定されたエンジンの粗さを提供する
ために濾波される粗さ指標を導く。さらに、エンジン粗
さ値計算装置222 は、個別気筒の性能指標に基づく緊急
スロットル制御信号ＵTHEを提供する。信号ＵTHEは、エ
ンジン210 の失速を防止するために緊急スロットル作用
が必要であることを事実上即時に表示する。信号Rmは速
度セット点計算装置224 に送られ、ここで測定された粗
さは絶えず更新される所望の粗さセット点信号Rdと比較
される。速度セット点計算装置224 からの所望の速度出
力信号Sdはエンジン速度制御比較器226 に供給され、こ
こでそれはエンジン速度計算装置214 によって提供され
る平均エンジン速度信号と比較される。非緊急スロッ
トル制御信号ＵTHS は速度制御装置226 によって供給さ
れる。信号ＵTHS は、粗さ値計算装置222 によって供給
される緊急スロットル制御信号ＵTHE と共に加算器228
で加算され、装置のスロットル・アクチュエータ230 に
帰還されるスロットル・アクチュエータ信号ＵTHを発生
させる。スロットル・アクチュエータ230 によって供給
される出力φTH、すなわちスロットル位置は、エンジン
210 のスロットルに位置を制御する。
第１６図はプログラム制御の流れ図の一般化された形を
示す。プログラムが開示してすべての変数が初期設定さ
れると、プログラムは背景ルーチンに入る。本発明にし
たがって作られたエンジン性能コントローラの背景ルー
チンは第１７ａ図に示されている。このルーチンでは、
プログラムは割込みがフィルタ・サブルーチンに進むの
を待機する。プログラムはフィルタ・サブルーチンにあ
ったり、エンジンがエンジン性能コントローラの制御を
受けているとき、その関連サブルーチンの１つにある。
本発明によって作られたエンジン性能モニタ用の背景ル
ーチンは第１７ｍ図に示されている。このルーチンで
は、プログラムはＣＲＴまたはスクリーン上に出力され
るべき一定のデータ用の基本的な指令である入力の指令
キーボードを絶えず走査する。かかる指令の発生によ
り、要請されるデータはスクリーンに出力され、背景ル
ーチンは走査モードに戻る。
第１７ａ図または第１７ｍ図からの割込みによって、プ
ログラムは第１７ｂ図で流れ図にされたフィルタ・サブ
ルーチンＦＩＬＴに入る。６クンランク軸に結合された
60歯歯車を持つ６気筒、４行程サイクルのエンジンにつ
いて説明された通り、各燃焼事象では、最低クランク軸
速度の点を中心にした９個のデータ点がエンジン性能計
算に使用される。フィルタ・サブルーチンにおいて、デ
ータ点がまず読み込まれてフイルタ係数との掛け合わさ
れる。次に、決定ブロックにおいて、プログラムは読み
込まれた最後のデータ点が現在の燃焼事象中に読むべき
最後の（第９）データ点であるかどうかを決定する。そ
れがそうでない場合は、データ点カウンタは増分され
て、プログラムは次のデータ点を待ち受けるために戻
る。読み込まれた最後のデータ点が第９データ点である
ならば、カウンタは消去されて、最低クランク軸速度の
点を中心とした９個のデータ点が使用されて、性能指標
を計算する。これは第１６図の一般流れ図に示される性
能指標のサブルーチンによって行われる。
第１５図のエンジン粗さ制御装置がプログラムによって
作動されているならば、性能指標サブルーチンは第１７
ｃ図〜第１７ｄ図に示される通りである。性能指標計算
が前述の通り行われると、性能指標サブルーチンは性能
指標が受け入れられないエンジン粗さレベルRUFEMG に
比較される決定ブロックに達する。RUFEMG より大きく
ない個別気筒の性能指標は、緊急カウンタEMGCNT を増
分させる。EMGCNT は代数的にRUFEMG より小さい性能指
標を持つ点火順序の連続した気筒数であり、粗さレベル
は緊急スロットル作用を要求する。次の決定ブロックに
おいて、EMGCNTは緊急カウント制限EMGLIMに比較され
る。EMGLIMは緊急スロットル作用を開始させるのに必要
な連続「無効」気筒燃焼の回数であるEMGCNTがEMGLIM制
限に達すると、緊急フラグEMGFLGがセットされ、累積的
な緊急カウンタEMGSUMが増分されて、スロットル制御出
力ＵTHINはEMGTHに等しくセットされ、その後制御信号
は第１７ｊ図〜第１７ｌ図に示されるスロットル・アク
チュエータ制御サブルーチンを通ってスロットル・アク
チュエータに出力される。
次にEMGCNTが０にセットされ、気筒の性能指標が記憶さ
れて、その絶対値はいろいろな気筒の性能指標の絶対値
の和に加えられる。次の決定ブロックにおいて、プログ
ラムは性能指標が記憶された最後の気筒が点火順序の最
後の気筒であったかどうかを質問する。それがそうでな
い場合、サブルーチンはデータ収集および次の気筒の性
能指標計算工報の開始に戻る。性能指標が計算された最
後の気筒が点火順序の最後の気筒であったならば、カウ
ンタOPCNTは増分される。次の決定ブロックOPCNTはOPCY
Cに比較される。もしOPCNTがOPCYCに等しくなければ、
プログラムは次の気筒の性能指標に関するデータの受信
に戻る。OPCNTがOPCYCに等しければ、プログラムは第１
６図および第１７ｅ図〜第１７ｇ図に示される閉ループ
制御サブルーチンを実行する。
いま、EMGCNTがEMGLIMに比較される第１７ｃ図の決定ブ
ロックを振り返って見ると、もしEMGCNTがEMGLIMより小
であるならば、気筒の性能指標が記憶されて、その絶対
値は性能指標の絶対値の和に加えられる（第１７ｄ
図）。プログラムは次に、前述の通り気筒＝６決定ブロ
ックで始まる性能指標のサブルーチンの部分に戻る。
いま第１７ｃ図のRUFEMGに対する性能指標の比較を振り
返って見ると、もし性能指標がRUFEMGより大であれば、
EMGCNTは０にセットされて、気筒の性能指標が記憶さ
れ、その絶対値は性能指標の絶対値の和に加えられる。
そのとき性能指標のサブルーチンは前述の通り性能指標
サブルーチンの気筒＝６の部分に進む。
閉ループ制御プログラム・ルーチンは第１６図に示され
るとともに、第１７ｅ図、第１７ｆ図および第１７ｇ図
に詳しく示されている。プログラムはこのルーチンに入
って、平均エンジン速度および粗さを順次計算し、濾波
操作する。平均速度計算およびフイルタのサブルーチン
SPCFは平均エンジン速度を計算し、濾波するのに用いら
れる。粗さ指標計算およびフイルタのサブルーチンRCF
は粗さ指標を計算し、フイルタにするのに用いられる。
次に粗さループ・カウンタが増分される。EMGFLG、すな
わち緊急フラグが消えていれば、プログラムはこのCOUN
TERのカウントをRUFCNTに比較する。
もしEMGFLGが消えていて、COUNTERがRUFCNT より小であ
るならば、プログラムは第１７ｇ図に進んで、空転速度
セット点Sdからフイルタされたエンジン平均速度Smを引
いたものに等しい速度誤差Es を計算する。次に、プロ
グラムは制御出力ＵTHIN、すなわちスロットル・アクチ
ュエータに対する制御出力を決定する。この制御出力
は、スロットル・アクチュエータ制御器が動くように指
令されているステップ・モータの制御ステップ数であ
る。制御信号は次にスロットル・アクチュエータに出力
される。。緊急フラグEMGFLGはそのとき消去され、プロ
グラムは性能指標サブルーチン（IPSUB）の制御に戻
る。
もしCOUNTERがRUFCNT より小でないならば、カウンタは
消去される。いま特に第１７ｆ図から、閉ループ制御プ
ログラム・サブルーチンはEMGSUM＜SUMLIMの決定ブロッ
クを続ける。答がノーであれば、粗さセット点Rd（第１
５図）、またはRUFMAX（第１７ｆ図）が減少される。次
にRUFMAXの新しい値が記憶される。もしEMGSUMがSUMLIM
より小であるならば、またはRUFMAXの新しい値が菊臆さ
れてから、EMGSUMは０にリセットされる。次に、新しい
速度セット点Sdが計算される。第１７ｇ図から、SdがSd
ul より小であるかどうかが決定される。Sdulは空転速
度セット点の上限である。これは最高許容空転速度セッ
ト点である。もしSdがSdulより小でなければ、SdはSdul
に等しくなるようにセットされる。次にプログラムは、
Sd−Sm等に等しくなるようにセットされる速度誤差Esを
計算する。次に、プログラム制御出力ＵTHIN、すなわち
スロットル・アクチュエータに対する制御出力を決定す
る。制御信号はスロットル・アクチュエータに対する次
の出力である。そのとき緊急フラグEMCFLGが消去され
て、プログラムは性能指標制御のサブルーチンに戻る。
もしSdがSdulよりも小であれば、プログラムは決定ブロ
ックSd＞Sdllに進む。Sdllは空転速度セット点の下限で
ある。これは最低許容空転速度セット点である。もしSd
がSdllよりも大であれば、プログラムは速度誤差Esの計
算に進み、かつ前述のように続ける。もしSdがSdllより
大でなければ、SdはSdllに等しくなるようにセットされ
る。次にプログラムは速度誤差Esの計算に進み、かつ前
述のように続ける。
第１７ｅ図を振り返って見ると、もし緊急フラグEMGFLG
が消去されていなければ、プログラムは第１７ｇに示さ
れる通りプログラムはEMGFLGを消去し、次に第１６図に
示される通り性能指標サブルーチンに戻る。
粗さ計算およびフイルタのサブルーチン（RCF）は第１
７ｈ図に示されている。このサブルーチンでは、性能指
標の絶対値の和は、速度ループ更新時間・OPCYCにわた
って得られる。次に、性能指標の絶対値の和は０にリセ
ットされ、粗さ指標Ｒは前述の通り計算される。粗さ指
標は記憶され、濾波されて、濾波された粗さ指標は記憶
され、そしてプログラムはRCFサブルーチンからCLCPサ
ブルーチン（第１６図）に戻る。
平均エンジン速度計算およびフイルタのサブルーチンSP
CFは第１７ｉ図に示されている。このサブルーチンで
は、OPCYCエンジン・サイクル、すなわちOPCYC速度ルー
プ更新時間におけるクロック・カウントの総数が読ま
れ、OPCYCクロック・カウントは０にリセットされる。
次にエンジン・サイクル当たりのクロック・カウントの
平均数が計算される。次にこのサブルーチンは、サイク
ル当たりのクロック・カウントを同等の平均エンジン速
度（rpm）に変換する。この平均エンジン速度は次に濾
波され、記憶されて、プログラムはSPCFサブルーチンか
らCLCPサブルーチンに戻る（第１６図）。
スコットル・アクチュエータ制御サブルーチンTACは第
１７ｊ図〜第１７ｌ図に示されている。このサブルーチ
ンでは、スロットル・アクチュエータ制御回路の出力ア
ドレスがまずセットされる。次に、開スロットル／閉ス
ロットル・フラグが開にセットされる。サブルーチンは
次に制御ステップＵTHINの所望数を読み取る。これはス
ロットル・アクチュエータに対する制御出力、すなわち
スロットル・アクチュエータ制御器が動くように指令さ
れるステップ・モータの制御のステップ数である。この
サブルーチンの最初の決定ブロックにおいて、ＵTHINは
０と比較される。第１７ｌ図に示される通り、もしＵ
THINが０に等しければ、スロットル・アクチュエータ制
御器に送られる制御ステップ数が記憶されて、プログラ
ムはTACサブルーチンからCLCPサブルーチンに戻る。も
しＵTHINが０に等しくなければ、TACサブルーチンは次
の決定ブロックＵTHIN＞０に進む。もしＵTHINが０より
大であれば、第１７ｋ図に最もよく示される通り、スロ
ットル・アクチュエータ・イネーブル・ラインは高位に
ストローブされる。開スロットル／閉スロットル信号は
スロットル・アクチュエータ制御器に送られる。次の決
定ブロックにおいて、ＵTHINの絶対値はＵTHMAX、すな
わち最大許容スロットル指令と比較される。ＵTHMAXの
絶対値がＵTHMAXより小でなければ、ＵTHINはＵTHMAXに
等しくなるようにセットされる。もしＵTHINの絶対値が
ＵTHMAXより小であれば、このサブルーチンは第１７ｌ
図に示される通り続ける。スロットル・アクチュエータ
制御回路に制御ステップ出力が送られる。スロットル制
御イネーブル・ラインは低位にストローブれて、スロッ
トル運動を開始させる。スロットル・アクチュエータ制
御回路に送られた制御ステップ数は記憶され、プログラ
ムはTACサブルーチンからCLCPサブルーチンに戻る。
第１７ｊ図を振り返って見ると、もしＵTHINが０より大
でなければ、開スロットル／閉スロットル・フラグは閉
にリセットされる（第１７図ｋ）。次にＵTHINの絶対値
が計算され、スロットル・アクチュエータ・イネーブル
・ラインは高位にストローブされる。開スロットル／閉
スロットル信号はスロットル・アクチュエータ制御器に
送られる。次にサブルーチンはＵTHINの絶対値とＵ
THMAXとの比較を続け、また前述の通りTACサブルーチン
の残りを続ける。
追加の応用 本発明の装置によって、他の制御変化および方法が可能
である。例えば、改良されたノック制御方法は、各気筒
の点火タイミングを別個に制御するという考え方を用い
ている。ノック中のエンジンに関する通常の修正作用
は、ノック・レベルが許容制限内になるまですべでの気
筒の点火タイミングを遅らせことである。点火タイミン
グの遅れは、エンジンにパワーの損失を生じさせる。一
般に、すべての気筒がすべて同時にノックしない。検出
されるノックは気筒の１つだけによることがある。本発
明の制御装置では、ノックしている特定の気筒が識別さ
れる。そのとき、これらの気筒の点火タイミングは遅延
され、点火タイミングが全気筒に対して遅延された場合
よりもパワーの損失は減少する。
もう１つの例として、一般に点火タイミングの遅れはエ
ミッション・レベルを低下させる。しかし点火タイミン
グの遅れはエンジン性能および燃料効率の低下をも生じ
させる。これらの現象間の最良の兼ね合いを得る方法で
は、点火タイミングは個別気筒に対して選択的に遅延さ
れる。
これまでの実験的作業で作業で示されている通り、点火
タイミングはエンジン・トルクの損失を極めて少くして
ある気筒に対して遅延されるが、同じ作動条件の下で他
の気筒に対する点火タイミングの遅延はエンジン出力の
大幅な損失を招く。上述の通り各気筒の燃料効率の監視
することによって、個別気筒に及ぼす点火タイミング遅
延の影響が測定される。点火タイミングはそのとき、エ
ンジン運転効率の過度の損失なしに、各気筒に対して最
大量だけ遅延される。
説明された制御装置のさらにもう１つの応用は希薄制限
制御の分野である。政府規格に包含される全３種類の排
気成分のエミッション・レベルは、エンジンの空気／燃
料混合物を薄くするにつれて減少する。エンジン制御の
希薄燃焼法は、良好なエンジン性能を保ちながら、でき
るだけ希薄な空気／燃料混合物を使用する。この作用を
同時に、燃料経済を改善することになる。空気／燃料混
合物が希薄になるにつれて、それはエンジンの点火不良
を開始する点（希薄制限）に達し、エンジン性能を劣化
させるとともに不燃焼炭化水素の量を大幅に増大させ
る。混合物が希薄制限よりもはるかに薄くなると、エン
ジンは失速する。
ここに説明された制御装置は、希薄制限よりわずかに濃
い混合比を絶えずさがし求めることによって希薄燃焼制
御方法を使用することができる。この装置では、混合比
は絶えず希薄にされる一方、燃焼効率の大きさが計算さ
れて点火不良のきざしを検出するのに用いられている。
エンジンの運転条件が変わるにつれて、制御装置は新し
い希薄制限をさがし求め続ける。
もう１つの応用では、エンジンに使用される燃料の性質
がエンジンの性質に重大な影響を及ぼすことが知られて
いる。燃料経済、エミッション・レベル、および性能に
ついて最適に作動するための点火タイミング、空気／燃
料比、または燃料噴射タイミングといったような制御要
素は、使用燃料の性質に左右される。火花点火エンジン
の場合には、説明された制御装置は特定の使用燃料に関
する最適値に点火タイミングを調節する。圧縮点エンジ
ンでは、燃料噴射のタイミングおよび燃料噴射の量が調
節される。かくて、洗練された工程の結果として生じる
与えられたグレードの燃料の性質に見られる正常な変化
について補償が行われる。
説明された制御方法は、異なるグレードの燃料を与えら
れたエンジンで燃焼させ、当該エンジンの変形を不要と
するようにすぐに拡大される。これによってエンジン
は、性能を低下することなく多くの燃料の領域で運転す
ることができる。かくて、車両の運転者は例えば、地方
で入手する非希薄ガソリンまたはアルコール含有量がま
ちまちなガソホールから自由に選択することができる。
使用燃料にかかわらず、本制御装置は点火タイミングを
最適値に調節する。
さらに、燃焼効率の値はオン・ラインのエンジン診断用
の道具として用いられる、燃焼効率の値は、各気筒の他
の気筒に関する性能を表わす。あらゆる運転条件の下で
一貫して性能不良を示す気筒の識別は、例えば当該気筒
の点火栓では点火しなこと（火花点火のエンジンの場
合）を意味することがある。同様に、圧縮点火エンジン
では、相対燃焼効率の値が一貫して平均以下である気筒
は燃料噴射器の機能不良を示すことがある。
相対燃焼効率の値は、エンジンの空気／燃料供給装置の
設計を評価するにも使用される。最適の運転では、空気
／燃料供給装置は気筒間に空気と燃料を一様に分配すべ
きである。空気と燃料の分配が一様でないと、気筒間に
作られるトルクは一様でない。相対燃焼効率の値は各気
筒の相対トルク発生量を表わすので、気筒間の相対燃焼
効率の値の変化は分布の大きさとして役立つ。
（発明の効果） 内燃機関によって発生される平均トルク、および多気筒
内燃機関の気筒のトルク変動（相対燃焼効率）の両方の
値をオンラインで測定する方法が提供され、これらの方
法では最高および最低クランク軸速度の位置におけるク
ランク軸速度のデータが使用できる。また、上記量のオ
ン・ライン測定用のエンジン性能モニタが実現されたた
め、エンジン性能モニタが、エンジン燃料分配装置と点
火装置の両方の制御方法をテストするエンジン性能の監
視を可能にする。上記方法およびエンジン性能モニタ
は、多気筒内燃機関の各個別気筒の性能を制御するフイ
ードバックシステムに組み込むことができる。エンジン
のクランク軸速度は所要の計算の基礎として用いられ、
このデータに基づきエンジン・トルクが得られる。エン
ジン・トルクのオン・ライン測定は、エンジン制御装置
に組み込まれたり、診断の目的で使用できる。１つの制
御装置はエンジン・トルクに対する気筒ごとおよび燃焼
事象ごとの寄与の大きさを利用して、気筒ごとの点火ま
たは噴射タイミングを最適にできる。気筒間の空気およ
び燃料の一様でない分布は空気および燃料供給装置の固
有の精度不良に起因し、また発生動力の変動は気筒ごと
の部品のサイズと作動の差に起因するが、これらが適切
に補償できるようになる。本方法およびハードウエアは
火花および圧縮点火のエンジンに適用でき、前述トルク
値の有用性は、希薄燃焼エンジンの希薄制限制御器、燃
料使用上の重大な変化を補償する装置、およびオン・ラ
イン・エンジン診断およびエンジン設計ならびに制御方
法のオフ・ライン評価のための診断道具といったよう
な、他の各種応用を可能にする。
【図面の簡単な説明】
第１図は理想的なエンジンのエンジン速度対クランク角
のグラフ、第２図は実際のエンジンの実際のエンジン速
度対クランク角のグラフ、第３図は実際のエンジンの瞬
時エンジン速度キー・ポイント対クランク軸角のグラ
フ、第４図は実際のエンジンのクランク軸の連続固定角
回転に関する測定されるカウントのグラフ、第５図は第
４図のエンジン・データについて、実際のエンジンのク
ランク軸の連続固定角回転に関するフイルタされたカウ
ントのグラフ、第６図はシミュレートされたエンジンの
カウント波振幅対負荷トルクのグラフ、第７図は実際の
エンジンのカウント波振幅対負荷トルクのグラフ、第８
図は多気筒火花点火内燃機関の気筒のトルクの大きさお
よびトルク変動の大きさ（相対燃焼効率）を求める本発
明により作られた装置のブロック図、第９図は第８図に
示された装置の一部のブロック図、第１０図は第９図に
示された装置のタイミング図、第１１図は第８図に示さ
れた装置のもう１つの部分のブロック図、第１２図は第
１１図に示された装置のタイミング図、第１３図は本発
明による多気筒内燃機関の性能を制御する装置のブロッ
ク図、第１４図は本発明による多気筒内燃機関の性能を
制御する装置のブロック図、第１５図は本発明の１つの
面により作られた多気筒内燃機関の空転速度を制御する
装置のブロック図、第１６図は本発明の１つの面により
作られた装置のプログラム流れ図、第１７ａ図〜第１７
ｍ図は第１６図のプログラム流れ図の部分の一般と詳細
な流れ図を示す。 132……エンジン；130……クランク軸；124,126……歯
車；120,122……磁気ピックアップ；134,140……トリガ
回路；142……クロック；144……ディジタル・インター
バル・タイマ（DIT）；146……プログラマブル割込みマ
スク（PIM）；150……マイクロプロセッサ

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１気筒を持つ内燃機関におい
    て、前記気筒の動力行程に対するクランク軸速度の変化
    の値を得る段階と、得られた値に基づく前記気筒の動力
    行程中に発生するエンジン・トルクを求める段階と、か
    らなり、前記クランク軸速度の変化の値を得る段階は、
    前記気筒の発火時間中に最低クランク軸速度の値を得る
    段階と、前記気筒の発火時間中に最高クランク軸速度の
    値を得る段階と、最高クランク軸速度の値と最低クラン
    ク軸速度の値との差に基づくクランク軸速度の変化を求
    める段階と、を含むことを特徴とするエンジン・トルク
    を測定する方法。
  2. 【請求項２】エンジンの１サイクルにおいて各気筒の動
    力行程に対するクランク軸速度の変化の値を得る段階
    と、得られた値に基づくエンジンのサイクル中に発生す
    る平均エンジン・トルクを求める段階と、をさらに含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】エンジンの１サイクルにおける平均エンジ
    ン・トルクを求める段階には、得られた値を平均化する
    段階と、得られた値の平均に基づく平均エンジン・トル
    クを求める段階と、を含むことを特徴とする特許請求の
    範囲第２項記載の方法。
  4. 【請求項４】各エンジン・サイクルの間に前記気筒の動
    力行程に対するクランク軸速度の変化の値を得ることに
    よって複数のエンジン・サイクルにおける前記気筒によ
    って発生する平均トルクを求める段階と、得られた値を
    平均して複数のエンジン・サイクルにおける前記気筒に
    よって発生する平均トルクを求める段階と、をさらに含
    むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
  5. 【請求項５】複数のエンジン・サイクルにおける各気筒
    の動力行程に対するクランク軸速度の変化の値を得るこ
    とによって複数のエンジン・サイクルにおける平均エン
    ジン・トルクを求める段階と、複数のエンジン・サイク
    ルにおいて得た値を平均化する段階と、前気筒について
    得られた値の平均変化を平均化して複数のエンジン・サ
    イクルにおける平均エンジン・トルクを求める段階と、
    をさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項記
    載の方法。
  6. 【請求項６】クランク軸と複数の気筒とを有し、各気筒
    は他の気筒の動力行程と点火順序で生起する動力行程を
    持つ、内燃機関において、前記気筒の動力行程に対する
    各気筒の最低クランク軸速度の値を得る段階と、前記気
    筒の動力行程に対する各気筒の最高クランク軸速度の値
    を得る段階と、各気筒の最高および最低クランク軸速度
    の値との差に基づく各気筒により発生するトルクを求め
    る段階と、を含むことを特徴とするエンジン・トルクを
    測定する方法。
  7. 【請求項７】クランク軸および複数の気筒を持つ内燃機
    関において、各気筒は他の気筒の動力行程と点火順序で
    生起する動力行程を有する前記内燃機関において、前記
    気筒の動力行程に対するクランク軸速度の変化の値を得
    る装置と、クランク軸速度の変化の得られた値に基づく
    前記気筒の動力行程中に発生するエンジン・トルクを求
    める装置と、前記クランク軸速度の変化の値を得る装置
    を前記エンジン・トルクを求める装置に結合する装置
    と、からなり、前記クランク軸速度の変化の値を得る装
    置は、前記気筒の発火時間中に各気筒の最低クランク軸
    速度の値を得る装置と、当該気筒の最高クランク軸速度
    の値を得る装置と当該気筒の最高クランク軸速度および
    最低クランク軸速度の差に基づく各気筒のクランク軸速
    度の変化の値を得る装置と、を含むことを特徴とするエ
    ンジン・トルク測定装置。
  8. 【請求項８】前記クランク軸速度の変化を得る装置はエ
    ンジンの１サイクルにおける各各気筒の動力行程に対す
    るクランク軸速度変化の値を得る装置を含み、また前記
    トルク測定装置はエンジンのサイクルにおける前記気筒
    に関するクランク軸速度変化の得られた値に基づくエン
    ジン・サイクル中に発生する平均エンジン・トルクを求
    める装置を含む、ことを特徴とする特許請求の範囲第７
    項記載の装置。
  9. 【請求項９】前記エンジン・サイクルにおける平均エン
    ジン・トルクを求める装置には、エンジン・サイクルに
    おける前記気筒に関するクランク軸速度変化の得られた
    値の平均に基づく平均エンジン・トルクを求める装置を
    含む、ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の装
    置。
  10. 【請求項１０】前記クランク軸速度の変化の値を得る装
    置には複数のエンジン・サイクルル中に前記気筒の動力
    行程に対するクランク軸速度変化の値を得る装置を含
    み、また前記エンジン・トルクを求める装置には前記気
    筒のクランク軸速度変化の得られた値の平均に基づく複
    数のエンジン・サイクルにおける前記気筒によって発生
    する平均エンジン・トルクを求める装置を含む、ことを
    特徴とする特許請求の範囲第７項記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記クランク軸速度の変化の値を得る装
    置には複数のエンジン・サイクルについて前記気筒の動
    力行程に対する各気筒のクランク軸速度変化の値を得る
    装置を含み、また前記エンジン・トルクを求める装置に
    は複数のエンジン・サイクルにおける前記気筒によって
    発生する平均エンジン・トルクを求める装置を含み、前
    記平均エンジン・トルクを求める装置には複数のエンジ
    ン・サイクルにおける各気筒のクランク軸速度変化の得
    られた値を平均化しかつ各気筒のクランク軸速度の得ら
    れた値の平均に基づく複数のエンジン・サイクルにおけ
    る前記気筒によって発生する平均エンジン・トルクを求
    める装置を含む、ことを特徴とする特許請求の範囲第１
    ０項記載の装置。
  12. 【請求項１２】エンジン・サイクル中に各気筒の動力行
    程における最低クランク軸速度の値を得る装置と、気筒
    の最低クランク軸速度の得られた値に基づく各気筒のト
    ルク変動（相対燃焼効率）を計算する装置と、最低クラ
    ンク軸速度の値を得る装置に前記トルク変動を計算する
    装置を結合する装置と、を含むことを特徴とする多気筒
    内燃機関の各気筒のトルク変動を求める装置。
  13. 【請求項１３】クランク軸速度の値を得る装置には、各
    気筒の動力行程の上死点(TDC) を感知するとともに、当
    該気筒のTDC とエンジの発火順序で次の気筒のTDC との
    点火間隔における各気筒の最低クランク軸速度の値を得
    る装置を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１２項
    記載の装置。
  14. 【請求項１４】エンジン点火装置および火花分配装置
    と、前記点火装置および火花分配装装置を各気筒に結合
    する装置と、エンジン・クランク軸位置を感知するクラ
    ンク軸位置センサと、時間軸を発生させるクロックと、
    各気筒の動力行程の上死点を感知する装置と、各気筒の
    動力行程において最低クランク軸速度の値を得る装置
    と、前記クロックおよびクランク軸位置センサをクラン
    ク軸速度の値を得る装置に結合する装置と、前記気筒の
    最低クランク軸速度の値に基づく各気筒のトルク変動
    （相対燃焼効率）を計算する相対燃焼効率計算装置と、
    前記相対燃焼効率計算装置を前記クロックに、前記クラ
    ンク軸位置センサに、また前記上死点を感知する装置に
    それぞれ結合する装置と、各気筒の性能を制御するため
    に各気筒の点火タイミングを計算する点火タイミング計
    算装置と、前記相対燃焼効率計算装置を前記点火タイミ
    ング計算装置に結合する装置と、前記点火タイミング計
    算装置を前記点火装置および火花分配装置に結合する装
    置と、を含むことを特徴とする多気筒内燃機関の個別気
    筒の性能を制御する装置。
  15. 【請求項１５】前記相対燃焼効率計算装置は、時間軸発
    生器からの信号を利用するデータ・プロセッサと、クラ
    ンク軸位置センサと、各気筒の動力行程における最低ク
    ランク軸速度の点のまわりに１組のデータ点を供給する
    ために上死点を感知する装置と、を含むことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１４項記載の装置。
  16. 【請求項１６】エンジン燃料分配装置と、前記燃料分配
    装置を各気筒に結合する装置と、エンジン・クランク軸
    位置を感知する装置と、時間軸を発生させるクロック
    と、各気筒の動力行程の上死点を感知する装置と、各気
    筒の動力行程において最低クランク軸速度の値を得る装
    置と、前記クロックおよびクランク軸位置センサを前記
    クランク軸速度の値を得る装置に結合する装置と、前記
    気筒の最低クランク軸速度の値に基づく各気筒のトルク
    変動（相対燃焼効率）を計算するトルク変動計算装置
    と、前記トルク変動計算装置を前記クランク軸位置を感
    知する装置および前記クロックに結合する装置と、各気
    筒の性能を制御するために各気筒の燃料分配パラメータ
    を計算するパラメータ計算装置と、前記トルク変動計算
    装置を前記パラメータ計算装置に結合する装置と、前記
    パラメータ計算装置を前記エンジン燃料分配装置に結合
    する装置と、含むことを特徴とする多気筒内燃機関の個
    別気筒の性能を制御する装置。
  17. 【請求項１７】前記トルク変動（相対燃焼効率）計算装
    置には、時間軸発生器からの信号を利用するデータ・プ
    ロセッサと、クランク軸位置センサと、各気筒の動力行
    程における最低クランク軸速度の点のまわりに１組のデ
    ータ点を供給する上死点を感知する装置と、を含むこと
    を特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の装置。
  18. 【請求項１８】前記燃料分配パラメータはそれぞれの各
    気筒に入るべき燃料の量である、ことを特徴とする特許
    請求の範囲第１６項記載の装置。
  19. 【請求項１９】前記燃料分配パラメータは燃料が前記気
    筒に入るそれぞれの気筒の作動サイクルの時間である、
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載の装置。
  20. 【請求項２０】エンジン燃料分配装置と、エンジンの速
    度を制御するために前記燃料分配装置を通る燃料の流れ
    を制御するスロットルを含むエンジンの気筒に該エンジ
    ン燃料分配装置を結合する装置と、エンジンのクランク
    軸位置を感知するクランク軸位置センサと、時間軸を発
    生させるクロックと、各気筒の動力行程において最低ク
    ランク軸速度の値を得る装置と、前記クロックおよびク
    ランク軸位置センサをクランク軸速度の値を得る装置に
    結合する装置と、各気筒の最低クランク軸速度の大きさ
    に基づく各気筒の性能指標を計算する性能指標計算装置
    と、前記性能指標計算装置を前記クロックおよびクラン
    ク軸位置センサに結合する装置と、性能指標に基づくエ
    ンジンの粗さを計算する粗さ計算装置と、前記粗さ計算
    装置を前記性能指標計算装置に結合する装置と、粗さを
    粗さセット点に比較してスロットルを比較に応じて調節
    してエンジンの空転速度を制御する比較および調節装置
    と、前記比較および調節装置をスロットルに結合する装
    置と、性能指標に応じて粗さセット点を測定する粗さセ
    ット点測定装置と、前記粗さセット点測定装置を前記性
    能指標計算装置に結合する装置と、を含むことを特徴と
    する内燃機関用の適応空転制御装置。
  21. 【請求項２１】前記粗さセット点測定装置は所定の制限
    を越えている連続した気筒の性能指標の所定数に応じて
    粗さセット点を変える装置を含む、ことを特徴とする特
    許請求の範囲第２０項記載の装置。
  22. 【請求項２２】前記制限が１つの気筒から次の気筒への
    性能指標の所定制限を越えた劣化を表わすことを特徴と
    する特許請求の範囲第２１項記載の装置。 燃機関の個別気筒の性能を制御する装置。
  23. 【請求項２３】前記粗さセット点の変化が比較および調
    節装置にエンジン空転速度を増加させる、ことを特徴と
    する特許請求の範囲第２１項記載の装置。
JP60245255A 1985-04-15 1985-10-31 クランク軸の速度変動測定を利用するエンジン制御用のオン−ライン・エンジン・トルクおよびトルク変動測定法、およびその利用装置 Expired - Lifetime JPH0658271B2 (ja)

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